空氣污染對植物之影響
作者：農業藥物毒物試驗所副研究員徐慈鴻、前農業藥物毒物試驗所研究員李貽華
圖：焦妮娜
空氣污染是指空氣中含有足以直接或間接妨害國民健康或生活環境之物質。依據空氣污染防制法及相關規定所定義，空氣污染物可分為四大項目，分別為氣狀污染物（包括硫氧化物、一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物、氯氣、氯化氫、氟化物、氯化烴等）、粒狀污染物（包括懸浮微粒、金屬燻煙、黑煙、酸霧、落塵等）、二次污染物（指污染物在空氣中再經光化學反應產生之污染，包括光化學霧、光化學性高氧化物等）及惡臭物質（包括氯氣、硫化氫、硫化甲基、硫醇類、甲基胺類）等。
台灣地區常見空氣污染物主要來源為工廠及交通運輸工具所排放之廢氣及微粒，如：二氧化硫、氟化物、氮氧化物、臭氧、氯氣、有機化合物等氣體及水泥灰塵、燻煙等固態污染物。空氣污染之影響可分五方面，分別是：(1) 對植物之影響，如：危害農作物造成受害徵狀或減產。(2) 對人類的直接影響，如：呼吸道疾病、眼睛的刺激。 (3)對動物的影響，如：氯氣外洩造成雞隻中毒死亡。(4)對大氣品質之影響，如：能見度變差。(5)對物質之破壞，如：建材受酸雨的腐蝕等。
農作物受空氣污染之影響，可能發生病斑或凋萎，或農產品品質降低，或產量減少。本文主要介紹台灣地區常見之空氣污染物其來源及其對植物之危害徵狀。
常見之空氣污染物之來源
1. 硫化物 (sulphides)
硫化物主要包括SO2、SO3和H2S等，其中以SO2、H2S所佔比例最多，亦為引起土壤、水質酸化之主因。二氧化硫屬一次污染物(primary pollutant)。在活火山地區有天然產生之二氧化硫。而人為的二氧化硫污染來源主要是含硫的煤炭及石化燃料的燃燒。台灣地區二氧化硫之主要污染來源為燃燒煤炭或石油，早期二氧化硫對農作物之污染為害案例佔台灣地區眾多空氣污染源之最。二氧化硫屬點源污染物，對作物之影響範圍主要發生在污染源附近，作物受害範圍與污染源會呈地緣性關係。
1. 氮氧化物(nitrides)
包括NO2、NO、NO3、N2O及氣態NH3。其中之NH3除非是因工廠意外溢出造成區域性污染危害外，否則極少會對人或植物造成直接傷害，一氧化氮(NO)及二氧化氮(NO2)是兩種較可能為害植物之氮氧化物。氮氧化物的形成主要是因為燃料燃燒而產生。使用油料、天然氣之工廠、天然氣壓縮、有機廢棄物焚燒或交通工具等皆會有氮氧化物自其廢氣中排出，對農作物威脅較大者通常為自硝酸製造工廠或是使用硝酸之電焊、金屬清洗工廠所排出之氮氧化物。氮氧化物對作物之影響範圍主要發生在污染源之鄰近，氮氧化物亦可能經光氧化反應而形成臭氧或過氧硝酸乙醯酯等化煙霧等二次光化污染物而造成另一類危害。氮氧化物之為害來源包括點源及非點源。
2. 碳化物(carbides)
包括CO及CO2，其對植物之毒性不大，除非是極高濃度否則不會直接傷害植物，但CO對動物尤其是哺乳動物卻是個可怕的「殺手」；而CO2被認為具有「溫室效應」，會影響地球大氣之溫度。
3. 氧化物(oxides)
大氣中之氧化物主要包括臭氧(O3)及過氧硝酸乙醯酯(Peroxyacetyl nitrate， 簡稱PAN)等光化污染物，此類污染物均具有強烈氧化能力。平流層(stratosphere)中之臭氧分子能強烈吸收來自太陽之紫外線，減少紫外線對地球生物之傷害，但對流層(troposphere)中之臭氧分子及光氧化物質屬於二次污染物(secondary pollutants)，亦有學者稱之為光化學煙霧(photochemical smog)，其來源主要是汽機車及工廠所排放的碳氫化物、氮氧化物進入空氣中，經過陽光的照射後，產生一連串的化學反應而分解產生臭氧、PAN及醛類等物質，這些光氧化污染物在大氣形成煙霧狀，可蔓延飄散，因此不論都會區、工業區或鄉村皆可發現其存在。
臭氧會擴散至大氣環境隨氣流移動，因此影響範圍極廣，其對作物生長及生態環境之影響屬跨區域性甚至是全球性的問題，臭氧污染是近年來全球關注的問題。
4. 鹵素及鹵化物(halogens and holides)：主要包括氟化物、氯氣及氯化物等。
氟是大自然中普遍存在之元素，常以氟化物的形態存在於土壤或礦石中，如螢石、黑雲母、磷灰石及白雲石等。自然界之氟化物以氣體、顆粒或吸附在固體微粒上等形式而到達植物體，19世紀末期已有報告指出氟化物會對農作物造成不良影響，大氣中最具植物毒性之氟化物為氣態之氟化氫(HF)。除自然界中之氟化物外，工業上也常產生氟化物，如製造磷肥、磷酸或磷元素時會放出氟化物，磷肥工廠可能逸出之氣體有氟化氫或四氟化矽；煉鋁及煉鋼時因電解過程中加入冰晶石、螢石助熔會有氟化氫產生；另外，磚瓦、陶器及水泥在製造過程中，原料在加高溫時會放出氟；氟化氫製造廠亦是氟化物之另一來源。
氯氣主要來自石化工業、廢水處理廠、自來水處理廠或氯氣貯槽，氯氣是一種黃綠色且具有臭味之毒性氣體，由於具強氧化性，故在塑膠工業及其他化工工業上是一種極重要之工業原料，其造成之污染為害屬小區域性。
氯化氫常是製造有機氯化合物之副產品，氯化氫易由廢氣中清除，故氯化氫之污染問題並不嚴重，其污染多屬意外之外洩。在空氣中是氣態或是以鹽酸之微粒存在。
5. 固態污染物(particulate)
固態空氣污染物又稱粒狀污染物；主要來自煤炭或石化燃料之焚燒、金屬之熔解或精製、工業廢棄物之燃燒及木材燃燒等。種類極多，如黑煙、燻煙、煙霧及落塵等，早期臺灣地區最常發生會對農作物造成危害之粒狀污染物多來自水泥工廠之水泥粒狀污染物，近年來工廠排放之黑煙之為害案件亦漸增多。沿海地區由東北季風帶起之鹽沫(salt spray)，主要成份含氯、鈉、硫及鈣等。沙塵暴亦屬固態污染物，主要成份為土塵，影響範圍可擴散至極遠，近年來其影響已引起重視。除上述固態污染物外，近年來中南部地區常有蜜蜂排泄物污染問題發生，蜜蜂排泄物的污染屬於生物性的粒狀污染物，主要發生於冬末及春季，在蜂群採蜜飛行途經之區域會在作物表面、衣物、建築物圍牆、汽機車外觀表面密佈黃褐色斑塊造成農友及民眾困擾。
固態粒狀物污染
廢鐵回收場周邊的番石榴葉表附著大量紅褐色粉塵(左圖)；於解剖顯微鏡下，可觀察葉表附著橘紅色晶塊及黃褐色、棕黑色金屬礫塊等之粒狀物(右圖)。(圖片：徐慈鴻提供)
6. 有機化合物(organic compounds)
主要包括碳氫化合物(如乙烯、醛類、酮類、有機酸、酚類等)、多環芳香族碳氫化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons, 簡稱PAHs)、多氯聯苯(polychlorinated Biphenyl, 簡稱PCBs)、多氯呋喃(Polychlorinated dibenzofurans，簡稱PCDF)及戴奧辛類(Dioxin，Polychlorinated dibenzo-p-dioxin，簡稱PCDD)等，有機污染物的污染源包括來自於自然界的現象如火山爆發、森林火災等，也包括工業製程的燃燒及生產等過程如煉鋼廠電弧爐、焚化爐、廢棄物燃燒及水泥業等。
7. 酸雨(acid precipitation，又稱酸性沈降)
所謂酸雨，正確的名稱應為「酸性沈降」，屬二次污染物。是指硫氧化物、氮氧化物這些物質排放到大氣中後，因為光線、水分、氧氣等因素之影響產生了化學反應，最後產生了硫酸根離子和硝酸根離子，這其中，有些混入雲層形成雨水，就會使雨水呈現酸性，因大自然中仍有許多致酸物質會使雨水自然酸化；1980年代後，國內外學者研究認為所謂「酸雨」為雨水之pH值在5.0以下，即確定是受到人為之酸性污染物影響所致，因此我國環保署根據研究結果將雨水酸鹼值達5.0以下時，正式定義為「酸雨」。由於形成酸雨的物質會因為氣流等因素飄散到離來源約500至1000公里的地方才隨雨水降下，所以酸雨造成的污染目前已成為跨國性的污染問題。
依污染物之物理及化學特性，出現區域之氣候情況，一次污染物可直接沉降於污染源旁或移送至數公里到數仟公里，若轉送距離很長，其過程中一次污染物可轉變成二次污染物，因此，污染物可依地理環境之分佈予以分類，見表1。
表1、空氣污染物依釋放程序及分佈區域之分類
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小地區性 |
地區性 |
大區域性∼大陸性 |
全球性 |
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氨 |
粗氣體微粒 |
酸雨 |
二氧化碳 |
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氯，氯化氫 |
氟化氫 |
細氣體微粒 |
細氣體微粒 |
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乙烯 |
二氧化硫 |
臭氧 |
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二氧化氮 |
過氧乙醯硝酸酯 |
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多氯聯苯 |
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多環芳香族碳氫化合物 |
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戴奧辛 |
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常見空氣污染物對植物之影響
1. 硫化物
台灣地區硫化物污染為害植物以二氧化硫為主，二氧化硫可經由植物葉表開張之氣孔而進入植物葉部，在葉子內部與充滿氧氣之潤濕細胞接觸後，二氧化硫會轉變成亞硫酸根(SO3=)及硫酸根(SO4=)，硫酸根離子之毒性較亞硫酸根離子為低，所以當葉部細胞之亞硫酸根聚集之速率大於轉變成硫酸根則呈現受害徵狀，一般常見的病徵是於葉緣及葉脈間變白，漂白部分隨接觸時間而逐漸擴展至葉脈，葉脈部分仍呈綠色，漂白部分會逐漸枯乾；有些植物葉片會先呈浸水狀，繼而出現漂白病斑，然後葉緣捲曲、枯乾，嚴重者凋萎；禾本科植物受二氧化硫為害之病徵則由葉尖部分產生白化現象，繼而枯黃，嚴重時則延葉脈間向葉基部擴展，而至整片葉片壞疽、枯死。對二氧化硫急性為害較敏感之植物有苜蓿、大豆、大麥、小麥、黑麥及萵苣等。
2. 氮化物
氮氧化物對植物之傷害無典型之病徵，通常可能為葉間黃化，黃化現象成條狀或斑紋狀不一，此黃化現象極難與其他原因所產生之黃化現象區分，唯氮氧化物為害幼葉所造成之黃化現象是可復原的，一旦污染源消失，葉片則可恢復正常之綠色；但老葉黃化後則無法復原，且葉片會變乾而脫落；部分植物之葉片會呈不同顏色之斑點，如棕色至銹色。對氮化物之急性為害較敏感之植物有番茄、豌豆及萵苣等。
3. 氧化物
臭氧及PAN是大氣中之主要光化氧化物；臭氧可由氣孔進入葉部，與細胞接觸後首先破壞其細胞膜而造成細胞死亡，並在葉表面產生徵狀；或傷害葉肉細胞或柵狀組織，或傷害葉綠體而影響植物之光合作用或二氧化碳之同化作用；植物受臭氧為害之病徵最先出現在幼葉尖端，首先呈浸水狀，繼而逐漸變乾而呈小斑點之徵狀，隨葉子之成長而逐漸擴散至整個葉面，同一植株上老葉對臭氧之容忍受性較大，新葉較敏感。但在田間觀察時可能會發現老葉受臭氧之為害反較為嚴重，其可能因為老葉與臭氧接觸了較長的時間。值得一提的是出現受臭氧為害徵狀，並不一定會影響其生長或產量(除非受害情形是重複連續在發生)，反言之，生長受影響或產量減少時亦可能發生在無受害徵狀之植物上；所以在田間狀況下，臭氧對作物產量之影響常不易預估。
PAN對植物所造成之徵狀多出現於葉片之下表面(亦有例外，如牽牛花白花變異種其葉片會先變白，壞疽徵狀於葉片之上下表面皆會發生。)，PAN會聚集於葉下表面海綿細胞空隙中，但實際之為害機制尚不清楚。由有限之相關研究報告得知，大氣中PAN之濃度約為臭氧濃度之10∼20％ (<20ppb)，即會對敏感植物會造成為害，對PAN敏感之植物有大豆、萵苣、牽牛花及番茄等；據報告指出，部份農藝作物或樹木對PAN頗具耐性。
台灣地區有關PAN對植物之為害情形近年來亦曾發現，台灣大學孫岩章教授陸續於台北、台中、嘉義及高雄等四大都會區發現PAN之污染為害案例，萵苣及龍葵屬對PAN敏感之植物。
臭氧為害徵狀
臭氧為害落花生葉片之徵狀。(圖片：徐慈鴻提供)
4. 鹵素及鹵化物
有關鹵素及鹵化物對植物之為害以氟化物、氯氣及氯化物為多；氟進入葉片內部後會溶於組織液而隨著移動，然後聚集於葉尖或葉緣處，累積至危害臨界濃度時則顯現出典型之受害徵狀，危害臨界濃度之高低因植物種類而異，如唐菖蒲對氟極敏感，當葉片之氟含量達20 ppm時即可造成葉尖端枯萎之受害徵狀，而一些自生植物其葉片氟累積含量達300 ppm時仍無徵狀產生，如鬼針草、野塘蒿，對氟污染極具耐性。氟化物誘發之徵狀如下：(1)受害部葉綠素消失組織黃化，顏色呈灰黃綠色，但葉片仍生存；(2)植物受害後組織死亡而造成顏色改變，死亡部位形成紅棕色；(3)受害葉子變形及變色，葉片外觀產生捲曲、皺縮及崎嶇不平。大氣中的氟化物累積於植物體中除導至葉片受害、影響植株之生理作用而使生長受阻、產量減少外，最值得注意的是，累積有氟的農產品若為人畜食用，將會對人畜造成毒害。
氯化氫在空氣中是以氣體狀態或以鹽酸微粒存在，當其接觸植物時葉面會產生斑點，斑點之顏色因植物種類不同而異，某些狀況下葉緣會變成紅棕色或捲曲，大氣之相對濕度高時會使植物之受害程度更嚴重。
氯氣是一種黃綠色且有臭氧味之氣體，由於對人畜之毒性極強，在工業上的操作都極為小心，其所造成之為害多因操作失誤、外洩而致，屬急性傷害；氯氣具強氧化作用，接觸植物葉面後會產生不同顏色之斑點，斑點之顏色有棕色、銹色或白色，視植物種類而異；報告指出，對氯氣敏感之植物有菸草、芥菜、蘿蔔等；芹菜及菊花對氯氣則頗具忍受性。
氟化物為害徵狀
磁磚廠周邊野生蕉科植物因氟化物為害出現葉尖及葉緣焦枯的徵狀。(圖片：徐慈鴻提供)
5. 固態污染物
臺灣地區最常發生之固態污染物為害農作物是來自水泥工廠，水泥灰塵對植物之為害多非急性傷害，其對植物之傷害程度與其他化學空氣污染物比較屬較輕微，水泥灰塵可能覆蓋葉表面而影響光合作用，阻塞氣孔，降低蒸散作用和氣體交換速率；覆蓋於生長點上會影響新芽的生長；若落於柱頭上會影響花粉之發芽而減少產量。水泥灰塵所含之鹼性成分沉降於農田，使土壤酸鹼值改變繼而影響植物之生長；若固態污染物含重金屬，長期累積於耕地會造成土壤污染而影響作物之生長、作物品質及食用安全性。
固態污染物對農作物品質之影響較為顯著，如花卉、蔬菜上沾染灰塵則品質變差，使其經濟效益大打折扣，尤其是花卉若沾染塵埃則毫無經濟價值可言，發生於萬里鄉之海芋受火力發電廠黑煙污染案例，白色海芋雖無顯著之生長受阻或受害徵狀，但花卉上因沾附黑煙顆粒而完全失去經濟價值，農民損失頗大。而屬於生物性固態污染物的蜜蜂排泄物，因黃褐色斑塊滴落附著於作物表面，而影響作物的外觀品質增加農友的困擾。
蜜蜂排泄物污染
植物表面蜜蜂排泄物斑塊附著情形(左圖)；蜜蜂排泄物滴落於汽車玻璃的情形(中圖)；顯微鏡下可觀察到蜜蜂排泄物所含之大量花粉粒(右圖)。(圖片：徐慈鴻提供)
有機化合物
有機污染物中之戴奧辛(dioxin)、多氯戴奧辛(polychlorinated dibenzo-p-dioxin, PCDD)、多氯呋喃(polychlorinated dibenzofurans, PCDF)、多環芳香族碳氫化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)及多氯聯苯(polychlorinated biphenyl, PCBs)等，其對植物生長之直接危害不明顯，但在植體中之累積並經由食物鏈對其他生物成員造成之毒害更是值得注意。
乙烯為植物生長激素之一，但大氣中若含過量之乙烯會造成葉片黃化或落葉或果實早熟、落果；大氣中乙烯濃度在數ppb下，數小時即會使敏感之園藝或農藝作物之葉部或花部受害。對乙烯敏感之植物有矮牽牛、康乃馨、胡瓜、豌豆、玫瑰及番茄等，國外報告指出，番茄及豌豆是乙烯污染之最佳生物指標。
酸雨
酸性降水對植物之影響主要指酸雨，酸雨可視為複合污染物，酸雨屬全球性之環境公害問題。但並無任何研究直接証明，酸雨會對田間之作物產生可見性之傷害或不良之影響。多數報告是指在試驗條件下，模擬酸雨(simulated acidic rain, SAR)會對作物生長造成影響，包括植株受害、生長受阻或產量減少，然而模擬酸雨對植物之危害研究其爭議頗大，因為(1)以極酸性水進行試驗並不能代表實際之暴露狀況，(2) 模擬酸雨與大氣中酸雨之發生及形式不同，(3)刻意控制試驗條件以誘導得到較嚴重之結果。上述之研究方式是歐美科學家曾用之模擬試驗方法，目前已較不常用。
酸雨對作物之直接危害並不明顯，造成植物葉片受損或生長受阻，通常這些反應要在pH值2-3時才會發生，事實上大氣中少有這種酸度；但土壤中之金屬元素可能因被酸雨溶解而造成土壤中之礦物質大量流失，造成植物因缺乏某些元素而生育受阻，但亦可能因某些元素的釋出(如：鐵)而對植物造成毒害。亦可能影響植物表面之保護結構而使易遭病蟲危害。酸雨會對沼澤、水庫帶來酸化的危機，其結果，輕者可改變水中生物相，重者使沼澤或水庫中之生物死亡，導致生態循環無法進行。在1950年代早期，歐洲已積極研究此現象，因為在瑞士及斯堪地那維亞國家南部均發生了湖泊酸化，森林死亡的現象。酸雨對森林生態及水域生態影響之嚴重已引起大眾之重視，酸雨對整個地球生態環境之影響不可不未雨綢繆，防患於未然。
